Анализ термических напряжений

Остаточные напряжения, возникающие в слоистом композите в процессе изготовления, могут заметно снизить напряжения, при которых происходит первое разрушение слоя. В настоящее время отсутствуют убедительные данные, позволяющие правильно выбрать начальную температуру для анализа термических напряжений. Применение же термоупругого анализа невозможно без знания температуры, при которой композит свободен от напряжений. Необходима разработка более исчерпывающего анализа прочности слоистого композита, учитывающего и остаточные напряжения. [c.136]

Анализ усадочных напряжений можно осуществить на различных уровнях. Простейший подход основан на концепции однородного ортотропного слоя. Суть его состоит в том, что одиночный слой композита рассматривается как исходный материал, необходимые термоупругие свойства которого определяются экспериментально. Далее полученные характеристики используются в линейном термоупругом анализе для расчета термических деформаций и напряжений в каждом слое. Подобная процедура применяется для анализа термических напряжений в фанере или другом слоистом материале, составленном из листов разнородных материалов. Уравнения термоупругого анализа слоистых сред имеют вид [37] [c.253]

Для определения влияния окружной неравномерности поля температур на напряжения поверхностного слоя лопаток рабочего колеса последней ступени необходимо выполнять расчетный анализ термических напряжений в рабочих лопатках при вращении их во влажнопаровой среде с высокой температурной неравномерностью. [c.179]

В данном разделе мы будем пока считать поле температур известным. При анализе термических напряжений в элементах конструкций граничные тепловые условия обычно задаются на фиксированных поверхностях, тогда как в таких случаях, как затвердевание или плавление, возникают задачи с движущимися границами. [c.131]

Равенства (15), (16) содержат наиболее существенные термомеханические взаимосвязи и могут быть использованы при анализе термических напряжений, а также при изучении бифуркаций за счет нагрева, являющегося результатом диссипации энергии. [c.227]

Первый способ, разработанный в Ленинградском политехническом институте им. М. И. Калинина, основан на анализе термических напряжений и деформаций, создаваемых в металле плазменной дугой. Мы уже приводили выше формулу (57) для расчета мощности, развивающейся на поверхности сдвига. Принимая далее, что при черновой обработке металлов главная составляющая силы резания Рг+ формируется в основном под влиянием работы деформации на этой поверхности, можем написать Для вычисления интеграла в выражении (57) принято, что постоянная пластичности в срезаемом слое меняется по экспоненциальному закону (61), а величина К на линии среза (у=0, рис. 32) соответствует постоянной пластичности исходного материала. Приводя при этих допущениях интеграл в выражении (57) к изученным функциям и представляя Рг+ через Мх, получаем формулу [c.81]

Анализ термических напряжений [c.28]

Анализ термического напряжения V [c.251]

IP = f(a,EP,T) ( p, о, eP — соответственно скорость деформации, напряжение и деформация в направлении одноосного нагружения), представленные в виде = /(о х, Т). При анализе НДС в данном случае учитываются термические напряжения, обусловленные разностью коэффициентов линейного расширения аустенитной трубки и перлитного корпуса коллектора. [c.333]

Анализ термической нагруженности конструктивных элементов показЫ)Вает, что при моделировании в качестве базового можно принять термический цикл ( трапеция ), включающий нестационарную (нагрев—охлаждение) и стационарную (выдержка при температуре max) части и отражающий принципиальные особенности нагрева в реальных условиях, либо частный вариант цикла — пила , воспроизводящий чисто циклический нагрев. Включение выдержки при max в термический цикл (рис. 7, В/) важно в связи с тем, что на этом этапе представляется возможным воспроизвести реологические процессы (релаксация напряжений, ползучесть), протекающие в реальных условиях и существенно снижающие сопротивление термической усталости. [c.14]

Последующим этапом (конец 50-х начало 60-х годов) в развитии методов расчета прочности атомных реакторов был переход к уточненному анализу местной механической и термической напряженности [3, 4] при сохранении указанного выше порядка выбора основных размеров. В первую очередь этот анализ выполнялся на основе рационального выбора расчетной схемы. При этом сложные конструктивные элементы реакторов представлялись в виде набора оболочек (цилиндрические, сферические, конические), пластин, колец, стержней с заданными краевыми условиями. На рис, 2.1 схематически показано [5] фланцевое соединение корпуса ВВЭР, а на рис. 2.2 соответствующая ему расчетная схема. [c.30]

На основе прямых измерений температурного поля и графического анализа эпюр термических напряжений был выполнен приближенный расчет приведенных термических напряжений в трубной доске по формуле IV энергетической теории прочности [c.215]

В машиностроении часто распределение температур в телах необходимо для оценки температурных напряжений. Поэтому существенный интерес представляют такие температурные поля, которые вызывают наибольшие термические напряжения. Как правило, такие поля имеют место в моменты наиболее неравномерного распределения температур. Анализ температурных полей тел простейшей формы, а также эксперименты на телах сложной формы показывают, что в подавляющем большинстве случаев (включая и тела в виде турбинных лопаток) такие опасные поля наступают в периоды, соответствующие регулярному режиму нагрева. [c.345]

Как видно из анализа повреждений теплоэнергетического оборудования, весьма важное значение имеет наличие окислительной среды (вода, пар, конденсат), обусловливающей явление корро-зионно-термической усталости. Воздействие окислительной среды заключается главным образом в ее специфическом влиянии на кинетику возникновения и роста термоусталостных трещин. При этом основное воздействие окружающей среды, так же как и термических напряжений, сосредоточено в поверхностных слоях детали. Коррозионно-усталостные процессы, характерные для элементов теплосилового оборудования, интенсифицируются при асимметричном цикле нагружения, наличии дефектов в защитной окисной пленки на поверхности металла, остановах и т. д. [c.20]

Из анализа статистических данных измерений глубины трещин и зависимости повреждаемости барабанов от числа пусков и остановов следует, что в первый период эксплуатации повреждаемость в зоне отверстий определяется термическими напряжениями, чем и объясняется поверхностный характер образующегося большого числа мелких трещин, распространение которых тормозится на определенной глубине. Развитие большей части трещин прекращается в поверхностном слое на глубине примерно равной 5 мм, что соответствует характеру изменения температурного перепада по толщине стенки. [c.22]

Количественные испытания проводят для определения числа циклов до разрушения или термоциклической долговечности материала при упрощенной, но достаточно точно фиксированной системе действующих на образец тепловых нагрузок, при которой возможен анализ напряженного и деформированного состояний. При этом циклические термические напряжения и деформации определяют или непосредственным измерением, или аналитически. В результате испытания получают зависимость числа теплосмен до разрушения от параметров термодеформационного цикла, по которой можно дать общую количественную оценку долговечности различных материалов при термической усталости и установить основные закономерности процесса термоциклического деформирования и разрушения. [c.26]

При длительных выдержках в полуциклах растяжения или сжатия, сочетающихся с высокими температурами цикла нагрева, малоцикловая прочность может быть охарактеризована сопротивлением длительному статическому разрушению с учетом влияния цикличности [29]. Такая трактовка реализована при анализе прочности жаропрочных сталей и сплавов для термоциклов большой длительности за счет варьирования длительности выдержки при максимальной температуре цикла. Условие прочности в этом случае получается исходя из схемы расположения предельных линий ВС и EFD в координатах —Ig n (рис. 2.22). Линия ВС характеризует предельное состояние при длительном статическом нагружении, при Ттах, а EFD — предельное состояние при длительном термоусталостном нагружении. Полол<ение линии ВС определяется следующими допущениями учитывается лишь суммарное время выдержки при максимальной температуре цикла и считается, что термическое напряжение постоянно на этапе выдержки в полуцикле сжатия. [c.73]

Основными причинами повреждения барабанов котлов являются высокие номинальные и местные (а = 2-3,5) циклические напряжения от запусков и остановов котлов накопление циклических повреждений от термических напряжений, связанных с пульсациями тепловых потоков и регулированием мощности повышенные остаточные напряжения в зонах приварки труб наличие исходных дефектов как в основном металле, так и в сварных соединениях накопление повреждений от коррозии и деформационного старения. Хрупкое разрушение барабанов паровых котлов может происходить в процессе гидро-испытаний при напряжениях Ниже предела текучести после заварки обнаруженных трещин. Для анализа прочности барабанов котлов в эксплуатации были осуществлены обширные исследования напряжений, деформаций и температур в программных и аварийных режимах, которые выявили условия образования местных упругопластических деформаций, превышающих предельные упругие в 1,5-2 раза. При испытаниях лабораторных образцов, вырезанных из серединных слоев поврежденных барабанов котлов было обнаружено незначительное (до 10%) уменьшение характеристик механических свойств предела текучести, предела прочности и относительного сужения. Было установлено, что наличие окисных пленок существенно (до 40%) снижает сопротивление циклическому разрушению. [c.74]

Термические эффекты также отличаются большой важностью хотя они, возможно, несколько более тонкие. Эти эффекты проявляются при сварке, например в случае защитных кожухов ядерных реакторов, надземных трубопроводов, скажем, для газа или угольной суспензии. Однако для полного учета этих эффектов нужно знать данные по механическим характеристикам как функции от температуры вплоть до температуры Тт получение же таких данных представляет трудную задачу [32]. Необходимо обладать средствами включения этих данных в уравнения состояния, кроме того, анализ напряженного состояния следует вести рука об руку с анализом термического состояния. Итак, существуют проблемы, для решения которых не- [c.333]

Уитни [39] при анализе напряженного состояния образца, испытываемого на расслоение у кромки с учетом влияния термического напряжения, использовал теорию пластин Уитни—Сана, основанную на выражениях для перемещения, подобных формулам (55). Использовались соотношения [c.242]

Разнообразие нестационарных режимов энергетического оборудования при сложности аналитического описания протекания тепловых процессов создает большие трудности при анализе распределения температур в элементах конструкции и их напряженного деформированного состояния. По этой причине расчеты термине- V ской напряженности оборудования, выполняемые при проектировании, носят оценочный характер и основаны иа некоторой идеализации температурных полей, упрош,аюш,ей действительное состояние. Принимаемые в расчетах температурных полей допущения приводят в ряде случаев к завышенным температурным градиентам и соответственно повышенному уровню термических напряжений, что влечет за собой неоправданные ограничения по скоростям изменения температуры рабочих сред и снижение маневренных характеристик энергетических установок. Исследования на модели в стендовых условиях, позволяющие изучить общие закономерности тепловых режимов, иногда не могут выявить взаимное влияние всего комплекса оборудования на характер протекания локальных тепловых процессов в отдельных узлах, В связи с этим непосредственные измерения температуры оборудования на натурных объектах в условиях эксплуатации дают возможность получить реальные характеристики тепловых режимов и температурных полей, позволяющие оценить фактическое напряженно- [c.133]

Анализ напряженного состояния поверхности охлаждаемых рабочих лопаток показал, что растягивающие суммарные напряжения, обусловленные действием центробежных сил и термическими напряжениями из-за неоднородности температурного поля, невелики. Вследствие этого наибольшую вероятность имеет разрушение покрытий в результате накапливающихся растягивающих деформаций, вызываемых при охлаждении термическими напряжениями из-за несоответствия КТР. Чтобы этого не происходило, должны соблюдаться условия КТР покрытия КТР сплава во всем температурном интервале ниже температуры хрупко-вязкого перехода в покрытии. В таком случае в них при охлаждении возникают неопасные сжимающие напряжения, не переходящие в растягивающие при нагревании. Если данное условие не может быть выполнено, необходимо, чтобы при температурах ншке температуры хрупко-вязкого перехода покрытие обладало запасом пластичности, достаточным для релаксации напряжений, обусловленных несоответствием 1ГГР. [c.186]

Таким образом, рассмотренные выше модельные представления, базирующиеся на концепции неравновесных границ зерен, позволяют достаточно реалистично в качественной форме и в некоторых случаях даже количественно описать основные структурные особенности наноструктурных ИПД материалов, связанные не только с наличием ультрамелкого зерна, но и с высокими внутренними напряжениями, их повышенной энергией и избыточным объемом, обусловленными специфической дефектной структурой. Можно полагать, что дальнейший прогресс в экспериментальных исследованиях ИПД материалов, направленный на прецизионное измерение плотностей дефектов границ зерен и кристаллической решетки, их типов и пространственных конфигураций позволит уточнить предложенную модель. Вместе с тем развиваемый подход к структуре ИПД материалов является основой для понимания их необычных свойств и будет использован ниже при анализе термического поведения, фундаментальных свойств и деформационного поведения наноструктурных материалов. [c.121]

Глава посвящена влиянию вязкоупругости на термомехаиическое поведение и срок службы композитов с полимерной матрицей. В первую очередь коротко рассмотрено линейное вязкоупругое поведение полимерных смол при температурах выше и ниже температуры стеклования. Далее показан простой способ учета этого поведения при оценке эффективных термомеханических свойств композитов и анализе остаточных напряжений, являющихся следствием термической и химической усадки компонент этих материалов в процессе переработки. Затем изложен анализ колебаний и распространения волн в диапазоне упругих свойств композитов. Особое внимание при этом уделено использованию алгоритма быстрого преобразования Фурье ), Разделы, посвященные линейной вязкоупругости, завершаются описанием процессов трещинообразования на микро- и макроуровне при помощи аналитических методов и алгоритма FFT, В главу также включено обсуждение предварительных вариантов моделей, позволяющих учесть влияние статистической природы дефектов на нелинейное механическое поведение композитов и характер их разрушения под действием переменных во времени нагрузок. [c.180]

В предыдущем разделе внимание было сконцентрировано на природе и величине термических усадочных напряжений. Данный раздел посвящен возможному влиянию этих напряжений на нелинейное поведение слоистых композитов. В [15] показано, что усадочные напряжения могут влиять на начальные характеристики бороалюминиевых композитов. В данном разделе показано, что даже для композитов с пластичной матрицей наличие усадочных напряжений может оказать значительное влияние на предел текучести композита и уровни деформаций, развивающихся под действием приложенных нагрузок, после достижения этого предела. Расчеты усадочных напряжений выполнены при помощи методов, рассмотренных ранее для режима с умеренной скоростью охлаждения от температуры 177°С. Зависимости о(е) для исследуемых схем армирования композитов получены при помощи метода конечных элементов таким же образом, как и при анализе усадочных напряжений. Подробное описание процедуры можно найти в работах [24, 25] здесь же рассмотрим только ее основные этапы. [c.276]

Объем термоусталостных повреждений в элементах паросиловых установок возрастает в связи с длительной эксплуатацией, увеличением их мощности и переходом тепловых и энергетических о)бъектов на сверхкритичеокие параметры пара. Анализ разрушений гибов трубных систем котельных агрегатов и пароперегревателей, паропроводов, барабанов паровых котлов, короблений корпусов цилиндров паровых турбин и других деталей [1, 78] показывает, что одной из главных причин повреждений являются циклические термические напряжения, обусловленные неравномерностью температур при нестационарных режимах работы. Существенным фактором в формировании повреждений от действия циклических термических напряжений в деталях паросиловых и атомных установок следует считать коррозионное воздействие теплоносителя (2, 78]. [c.15]

Анализ основных параметров стохастической модели процесса накопления термоусталостных повреждений 7107 сопловых лопаток ТРД на заводах гражданской авиации, поступающих в первый ремонт, показал, что запуски больше повреждают материал лопатки, чем работа на установившемся режиме [5]. В работе [53] отмечено, что по интенсивности накопленных повреждений один запуск двигателя равен 3, 4 ч работы на режиме номинал , а 1 ч наработки на режиме взлет увеличивает интенсивность отказов в 4 раза больше, в сравнении с наработкой на режиме номинал . В связи с этим следует подчеркнуть, что с увеличением ресурса элезментов теплонапряженных конструкций и с повышением рабочих параметров режима эксплуатации и удельных мощностей доля повреждений от термических напряжений в общем объеме дефектов возрастает. [c.17]

Отсутствие единой точки зрения на характер разрушения при термоусталости, затрудняющее анализ причин разрушения деталей, объясняется, по-видимому, некомплекеным исследованием роли основных трех факторов —1, Ае и Тц. Как показано выше, лишь сохранение неизменными двух из них позволяет выявить роль третьего (см. пп. 11, 12). При этом установлены некоторые общие признаки термоусталостного повреждения. Так, сочетание невысоких значений максимальной температуры цикла, малых амплитуд деформаций и отсутствие выдержки при максимальной температуре цикла обусловливают, как правило, усталостный тип разрушения, характеризуемый тонкими транс-кристаллитными трещинами со следами притертости, перпендикулярными действующим термическим напряжениям. Увеличение амплитуды нагрузки, введение в цикл выдержки при тах. особенно повышение температуры, изменяют характер разрушения вначале на смешанный, когда наблюдаются трещины и по зерну, и по границам, а затем разрушение устойчиво развивается по границам зерен, менее прочным в новых условиях нагружения и нагрева, чем материал тела зерен. [c.98]

Обычно остаточные термические напряжения в композициях на основе пластических матриц намного превышают предел текучести матрицы, поэтому для их подсчета следует пользоваться формулами, описывающими упругопластическое состояние матрицы по методике, предложенной в работе [24]. Интересная методика экспериментального определения остаточных термических напряжений на основе анализа кривых температурного расширения композиций и кривых растяжения материалов матрицы и волокна описана в работе [11]. На рис. 21 показана зависимость остаточных напряжений от температуры для композиции на основе никелевого сплава ХН78Т (ЭИ435) — вольфрамовая проволока. Как видно, при нагреве композиции напряжения релакси-руют при температуре То напряжения в матрице и волокне равны [c.63]

Результаты прямых измерений глубины коррозии труб с защитным покрытием и без покрытия после эксплуатации различной продолжительности в паровых котлах, работающих на сернистом мазуте, приведены в табл. 14.1 [2]. Как видно из приведенных в ней данных, коррозия хромированных труб значительно (в некоторых случаях в десятки раз) меньше, чем незащищенных труб. Скорость коррозии увеличивается при повышении температуры и кроме того зависит от других факторов. Большая скорость коррозии труб в НРЧ, чем в ППВД, вызвана периодическим разрушением оксидного слоя из-за многократных колебаний температуры металла, обусловленного пульсацией горения. Возникающие вследствие этого термические напряжения в поверхностном слое труб являются причиной другого вида их повреждений— образования трещин коррозионно-термической усталости. Расчеты показывают, что за 6350 ч работы труб в НРЧ количество циклов колебания термических напряжений более 10. Однако образование термоусталостных трещин происходит только в нехромированных трубах. Их глубина весьма значительна (см. табл. 14.1) и увеличивается с увеличением продолжительности эксплуатации. В то же время на хромированных трубах термоусталостных трещин не образуется даже после 13 600 ч. Металлографическим анализом установлено, что в трещины не превращаются и микроде- [c.243]

Расчет с использованием обычных методик суммирования повреждений весьма трудоемок и по разным причинам не всегда целесообразен. Рдной из таких причин можно считать сравнительную условность расчета термических напряжений и несоответствие их действительным. В связи с этим на первом этапе изучения закономерностей разрушения турбинных лопаток представляет интерес экспериментальное исследование долговечности лопаток при их испытаниях в условиях, моделирующих характерные наиболее напряженные режимы, а также сопоставление этих долговечностей для различных режимов и анализ возможностей суммирования некоторых условных уровней повреждаемости лопаток. При этом в связи с несовершенством методов расчета неустановившихся напряженных состояний, сложностью и неравномерностью процесса накопления повреждений по сечению лопатки, большим градиентом термодинамических потенциалов расчет и суммирование повреждений для отдельных элементов пока не представляется возможным. [c.205]

Оценка влшшия геометрии и режима нагружения на термическую напряженность в максимально нагруженных зонах оболочечных корпусов. Рассмотрим применение МКЭ для анализа НДС тонкостенных оболочечных деталей (цилиндрических и сферических корпусов) в виде, допускающем полуавтоматическое разбиение рассматриваемой области на четырехугольные элементы [ 22, 23, 33 ]. [c.189]

ДО различия диаметра препятствия понижение энергии активации за счет приложенного напряжения для всех типов препятствий одинаково, а время ожидания перед препятствиями первого типа наименьшее. При соответствующих напряжениях или температуре дислокация перескакивает в положение Ь, в котором ее прогиб и эффективное расстояние между стопорами определяются только препятствиями второго и третьего типов. В положении с прогиб дислокации и время ожидания их у препятствий определяются только препятствиями третьего типа. После их преодоления возникает конфигурация d, подобная конфигурации а. Теоретический анализ термически активируемого движения дислокаций при наличии препятствий неодинаковой величины также приводит к уравнению Аррениуса (3.12), в котором энергия активации при разных значениях температуры или напряжения определяется разными участками спектра размеров препятствий, а предэкспоненциональный множитель е,, зависит от температуры и напряжения. [c.70]

Большие неприятности вызывает местное разрушение магпетитового слоя, которое может происходит вследствие ряда причин значительных механических или термических напряжений, ударов, воздействия агрессивных растворов и т. п. В местах нарушения магнетитовой защитной пленки в воде, содержащей кислород, начинается локальная интенсивная коррозия растут язвы и коррозионные трещины. С этим явлением впервые столкнулись при анализе причин образования трещин около кромок отверстий в барабанах в пределах их водяных объемов. Аналогичный характер повреждений наблюда- [c.71]

Эти мероприятия реализуются на всех турбинах мощностью 300 МВт и выше и включены в типовые инструкции по обслуживанию этих машин. Второе мероприятие, позволяющее существенно ускорить время пуска, в настоящее время реализуется на ЛМЗ. Некоторые данные, характеризующие температурное состояние РСД турбины К-300-240 при прогреве турбины на частичных оборотах и при подводе горячего пара в переднее уплотнение, приведены на рис. 5.20. Анализ этих данных показывает, что прогрев на частичных обортах должен продолжаться около 60-70 мин при температуре пара 300°С. При этом число оборотов не должно превышать 1400-1800 об/мин, гак как в противном случае с подачей пара в турбину могут возникнуть опасные термические напряжения в первых дисках ротора и думмисе. [c.152]

Все разнообразие эксплуатационных режимов для упрощения анализа можно свести к двум основным типам циклов простой формы [57 ]. Первый режим (рис. 14, а) характеризуется периодами делительной выдержки Tj, в основном при максимальной температуре Тп,ах между последовательными циклами изменения температуры. В эти периоды происходит релаксация термических напряжений сг в условиях стесненной термической деформации е, поэтому такой режим называют циклом с релаксацией. Второй режим (рис. 14, б) характеризуется периодами т деформироваиия с постоянной нагрузкой, приложенной к образцу при наибольшей температуре между последовательными циклами изменения температуры, это—цикл с ползучестьк . [c.38]

Чисто усталостные испытания теперь проводят не так широко, как раньше. Применяют испытания по Glenny, при которых термические напряжения воспроизводятся в том же виде, что и в реальных деталях этого достигают с помощью клиновидного образца, позволяющего реализовать различия в скорости нагрева. Правда, напряжения и деформации приходится рассчитывать. Есть стремление к тому, чтобы приспособить методику малоцикловых усталостных испытаний к условиям быстрого нагрева и охлаждения, а затем использовать эти надежно измеренные характеристики долговечности для аттестации реальных деталей. При таком подходе анализ механического и теплового поведения нужно проводить только на детали, но не на образце. И все же испытания на термическую усталость позволяют достаточно просто сравнивать материалы по надежности и улавливать особенности поведения, которые теряются при испытаниях на термомеханическую усталость. Микроструктура клиновых образцов (в 3S8 [c.358]

Таким образом, при термоциклировании сплавов алюминия с медью, кремнием и цинком происходит необратимое увеличение объема и развитие пористости. Одним из необходимых условий образования пор является оплавление. Ускорение охлаждения, как и в случае малорастворимых примесей, способствует возрастанию объема. Результаты исследования влияния различных факторов на реет алюминиевых сплавов при термоциклировании с оплавлением в общем согласуются с данными работ [210—212], полученными на анизотропном в отношении термического расшкреиия кадмии с примесями. Вместе с тем вследствие различной склонности сплавов к росту и отсутствия напряжений термической анизотропии необходим обстоятельный анализ влияния оплавления. В качестве независимых факторов, вызывающих увеличение объема и развитие пористости, могут служить термические напряжения, газы и чередую- [c.119]

При анализе причин повреждения выяснилось, что перепад температур достигал Д/ = 100. .. 150 °С при нагреве наружной поверхности сварного соединения до температуры отпуска 720. .. 750 °С и недоотпуском глубинных слоев металла со стороны внутренней поверхности с нагревом в интервале температур 600, .. 650 °С. Дополнительное действие термических напряжений сг = 200. .. 250 МПа с релаксирующимися высокими сварочными напряжениями в условиях дисперсионного охрупчивания металла околошовной зоны способствовало энергичному развитию процесса трещинообразования. [c.111]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...